一种利用直线图案的相机正畸方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及图像处理技术领域，特别涉及利用直线图案的相机正畸方法及系统，所示方法包括的步骤为，提取场景中的直线边缘或图形；根据提取的包含直线的图案，分解出用于畸变校正的直线样本；根据直线样本利用场景视野的物体来获取直线图案；根据获取的直线图案得到镜头畸变模型和任意子集；利用移动相机或包含直线的物体确定多组畸变直线；根据直线畸变法向量不变性确定畸变直线原始斜率；估计畸变模型的径向和切向畸变参数进行畸变校正。本发明专利技术能够根据场景中容易获得或构造的直线图案进行高精度镜头畸变校正，大幅提升在各种场景下镜头畸变校正的灵活度；同时根据正畸后图像中直线的直线度作为优化目标，能够提升正畸方法的鲁棒性。棒性。棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种利用直线图案的相机正畸方法及系统


[0001]本专利技术涉及图像处理
，特别涉及利用直线图案的相机正畸方法及系统。

技术介绍

[0002]由于相机的镜头存在光学畸变，畸变对于相机采集的图像、视觉系统检测、测量效果有重要的影响，通常需要对图像进行畸变校正。
[0003]现有的畸变校正方法：利用特制的标定物，比如棋盘格或点阵来提供现实点与图像点映射来估计畸变模型是相机镜头畸变校正最主要的方法之一。但是特制的标定物的图案精度有很高的要求，标定物本身的不完美性大幅影响了正畸精度；另一方面，在很多图像采集场景中，并不适宜使用特制的标定物，比如在视野极小显微成像和视野极大的大场景广角成像，寻找匹配的标定物比较困难。目前有一些相关论文讨论了基于直线特征的相机畸变校正方法，但是比较缺少实际应用场景的实用方案。一些方法使用更精密的特制标定物提升标定精度，例如CN112529792B中使用平板显示器投射条纹图案，但是对使用和操作就提出了更高的要求。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种利用直线图案的相机正畸方法及系统，它能够根据场景中容易获得或构造的直线图案进行高精度镜头畸变校正，大幅提升在各种场景下镜头畸变校正的灵活度；同时根据正畸后图像中直线的直线度作为优化目标，能够提升正畸方法的鲁棒性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：利用直线图案的相机正畸方法，包括如下的步骤：S1、提取场景中的直线边缘或图形；S2、根据提取的包含直线的图案，分解出用于畸变校正的直线样本；S3、根据直线样本利用场景视野的物体来获取直线图案；S4、根据获取的直线图案得到镜头畸变模型和任意子集；S5、利用移动相机或包含直线的物体确定多组畸变直线；S6、根据直线畸变法向量不变性确定畸变直线原始斜率，将畸变模型转化为线性可解问题；S7、利用网格搜索法确定最佳畸变中心，使用最小二乘估计畸变模型的径向和切向畸变参数进行畸变校正。
[0006]作为本专利技术所述利用直线图案的相机正畸方法的一种优选方案，所述步骤S2中，利用三次样条曲线拟合离散的直线像素点获得平滑的畸变直线样本。
[0007]作为本专利技术所述利用直线图案的相机正畸方法的一种优选方案，所述步骤S7中，利用最小二乘法线性求解畸变参数的过程如下：S71.根据获得的多组畸变直线样本，利用一个畸变中心点列出畸变参数和直线到
畸变中心距离的线性方程组，其中直线方程为，其中一条直线所有像素点的线性方程为：其中S72.通过联立多条直线样本的方程式得到一个稀疏的线性方程组：S73.根据上述方程组利用最小二乘法线性求解到所有畸变参数。
[0008]作为本专利技术所述利用直线图案的相机正畸方法的一种优选方案，所述步骤S7中，确定最佳畸变中心的过程如下：根据上述获得的一组畸变参数，将畸变样本反畸变为直线，并通过直线方程的均方根误差评估反畸变的效果，计算公式为：其中a
’
b
’
c
’
是反畸变后重新拟合的直线方程，利用网格搜索法优化上述误差，最佳畸变中心表示为：。
[0009]作为本专利技术所述利用直线图案的相机正畸方法的一种优选方案，所述步骤S7中，镜头畸变校正从畸变像素到无畸变像素的映射关系为，其中径向和切向镜头畸变模型表示为：
其中。
[0010]上述利用直线图案的相机正畸系统，包括：提取模块，用于提取场景中的直线边缘或图形；获取直线样本模块，用于根据提取的包含直线的图案，分解出用于畸变校正的直线样本；获取直线图案模块，用于根据直线样本利用场景视野的物体来获取直线图案；获取畸变模型及子集模块，用于根据获取的直线图案得到镜头畸变模型和任意子集；确定多组畸变直线，用于利用移动相机或包含直线的物体确定多组畸变直线；用于根据直线畸变法向量不变性确定畸变直线原始斜率，将畸变模型转化为线性可解问题；畸变校正模块，用于利用网格搜索法确定最佳畸变中心，使用最小二乘估计畸变模型的径向和切向畸变参数进行畸变校正。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：它能够根据场景中容易获得或构造的直线图案进行高精度镜头畸变校正，大幅提升在各种场景下镜头畸变校正的灵活度；同时根据正畸后图像中直线的直线度作为优化目标，能够提升正畸方法的鲁棒性。
[0012]本专利技术基于直线的相机畸变校正方法，使用更加灵活的标定图案，在不损失正畸精度的前提下，大幅降低了工程人员对相机畸变校正的操作难度，简化了操作步骤和标定物要求，在任何能够找到直线参照物的场景下，都能够快速的对相机畸变进行校正。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：图1为本专利技术利用直线图案的相机正畸方法的流程图；图2为本专利技术畸变直线原始斜率示意图；图3为本专利技术在样条曲线上计算距离畸变中心最近点的示意图；图4为本专利技术最优畸变中心示意图；图5为本专利技术工作方案一图像采集场景示意图；图6为本专利技术工作方案一的流程图；
图7为本专利技术工作方案一的校正后效果图；图8为本专利技术工作方案二图像采集场景示意图；图9为本专利技术工作方案二的流程图；图10为本专利技术工作方案二的校正后效果图；图11为本专利技术工作方案三图像采集场景示意图；图12为本专利技术工作方案三的流程图；图13为本专利技术基于直线的反畸变模型估计流程图。
具体实施方式
[0014]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0015]实施例1参照图1，为本专利技术第一个实施例，该实施例提供了一种利用直线图案的相机正畸方法，使用更加灵活的标定图案，在不损失正畸精度的前提下，大幅降低了工程人员对相机畸变校正的操作难度，简化了操作步骤和标定物要求，在任何能够找到直线参照物的场景下，都能够快速的对相机畸变进行校正。
[0016]具体的，包括如下的步骤：S1、提取场景中的直线边缘或图形；S2、根据提取的包含直线的图案，分解出用于畸变校正的直线样本；S3、根据直线样本利用场景视野的物体来获取直线图案；S4、根据获取的直线图案得到镜头畸变模型和任意子集；S5、利用移动相机或包含直线的物体确定多组畸变直线；S6、根据直线畸变法向量不变性确定畸变直线原始斜率，将畸变模型转化为线性可解问题；S7、利用网格搜索法确定最佳畸变中心，使用最小二乘估计畸变模型的径向和切向畸变参数进行畸变校正。
[0017]优选的，畸变直线原始斜率估计，通过直线畸变法向量不变性，估计直线原有法向量，将畸变模型转化为线性可解问题。镜头畸变是关于畸变中心单调递增的，畸变的直线满足距离畸变中心最近的点与畸变中心连线是直线的法线，如图2所示。
[0018]优选的，由于相机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用直线图案的相机正畸方法，其特征在于：包括如下的步骤：S1、提取场景中的直线边缘或图形；S2、根据提取的包含直线的图案，分解出用于畸变校正的直线样本；S3、根据直线样本利用场景视野的物体来获取直线图案；S4、根据获取的直线图案得到镜头畸变模型和任意子集；S5、利用移动相机或包含直线的物体确定多组畸变直线；S6、根据直线畸变法向量不变性确定畸变直线原始斜率；S7、利用网格搜索法确定最佳畸变中心，使用最小二乘估计畸变模型的径向和切向畸变参数进行畸变校正。2.根据权利要求1所述的利用直线图案的相机正畸方法，其特征在于：所述步骤S2中，利用三次样条曲线拟合离散的直线像素点获得平滑的畸变直线样本。3.根据权利要求2所述的利用直线图案的相机正畸方法，其特征在于：所述步骤S7中，利用最小二乘法线性求解畸变参数的过程如下：S71.根据获得的多组畸变直线样本，利用一个畸变中心点列出畸变参数和直线到畸变中心距离的线性方程组，其中直线方程为，其中一条直线所有像素点的线性方程为：其中S72.通过联立多条直线样本的方程式得到一个稀疏的线性方程组：S73.根据上述方程组利用最小二乘法线性求解到所有畸变参数。4.根据权利要求3所述的利用直线图案的相机正畸方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏志杰，丁家川，张志胜，
申请(专利权)人：江苏南高智能装备创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：